JVM内存的那些事儿

2017-07-07  本文已影响0人  guqj

生活赋予我们一种巨大的和无限高贵的礼品，这就是青春：充满着力量，充满着期待志愿，充满着求知和斗争的志向，充满着希望信心和青春。 —— 奥斯特洛夫斯基

JVM内存简介

Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域都有各自的用途，以及创建和销毁的时间。Java虚拟机所管理的内存区域包括以下几个运行时数据区域，如下图所示：

JVM内存区域

程序计数器

程序计数器是一块较小的内存空间，可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。
  在多线程环境中，每个线程都有一个独立的程序计数器，各线程之间的计数器互不影响，独立存储，因此程序计数器是线程私有的。
  如果线程正在执行的是一个Java方法，计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址，如果执行的是Native方法，这个计数器则为空（Undefined）。

Java虚拟机栈

Java虚拟机栈也是线程私有的，它和Java线程在同一时间创建，它保持方法的局部变量、部分结果，并参与方法的调用和返回。
  Java虚拟机栈规范允许Java栈的大小是动态是动态或者固定的。在Java虚拟机栈规范中，定义了两种异常与栈空间有关：
StackOverflowError和OutOfMemoryError。如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常，如果虚拟机动态扩展时无法申请到足够内存时，将抛出OutOfMemoryError异常。
  在Hotspot虚拟机中，可以使用-Xss参数来设置栈的大小。栈的大小直接决定了函数调用的可达深度。
  以下示例展示了栈的溢出。

public class StackTest {
    private int count = 0;
    public void recursion() {
        count++;
        recursion();
    }
    @Test
    public void testStack() {
        try {
            recursion();
        } catch (Throwable e) {
            System.out.println("deep of stack is " + count);
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

默认情况下，程序输出结果：

deep of stack is 18904
java.lang.StackOverflowError

使用参数-Xss2M再次执行程序，程序输出结果：

deep of stack is 42442
java.lang.StackOverflowError

很明显，栈的内存增大后，程序支持的函数调用深度也同时增大。

public class StackTest {
    private int count = 0;
    public void recursion(long a, long b, long c, long d) {
        long e = 0, f = 0, g = 0;
        count++;
        recursion(a, b, c, d);
    }

    @Test
    public void testStack() {
        try {
            recursion(1L, 2L, 3L, 4L);
        } catch (Throwable e) {
            System.out.println("deep of stack is " + count);
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

同样使用参数-Xss2M执行程序，程序输出结果：

deep of stack is 21055
java.lang.StackOverflowError

随着参数和局部变量的增多，栈帧的空间也随之增大。（函数调用次数由无参时的42442降至21055）。

虚拟机栈在运行时使用栈帧的数据结构保存上下文数据。在栈帧中，存放了方法的局部变量表、操作数栈、动态连接方法和返回地址等信息。每一个方法的调用都伴随着栈帧的入栈操作，相应地，方法的返回则表示栈帧的出栈操作。方法调用时，方法参数和局部变量相对较多，那么局部变量表会比较大，栈帧会膨胀以满足需求，因此单个方法调用所需的栈空间大小也会比较多。

栈帧结构图如下：

栈帧结构

注意：对一个函数而言，它的参数越多，内部局部变量越多，它的栈帧就越大，其可达深度就越低。

动态连接.

本地方法栈

本地方法栈和虚拟机栈类似，两者之间的区别是本地方法栈为Native方法服务。

Java堆

Java堆是Java运行时内存中最为重要的部分，几乎所有的对象实例以及数组都都是在堆中分配空间的。Java堆是所有线程共享的内存区域。
Java堆分为新生代和老年代两部分，新生代用于存放刚刚产生的对象和年轻的对象，（大对象除外，直接进入老年代，因为大对象占用空间多，为了有足够空间容纳大对象，JVM不得不移动大量新生代中的年轻对象至老年代，这对GC来说是不利的，另外，若是由于内存空间紧张，JVM很可能不得不将部分年轻对象提前向老年代压缩），如果对象经历过N（该次数可通过参数配置，默认是15）次GC而未被回收，则会被移入老年代。
  新生代又可进一步分为eden、from space(s0)、to space(s1)（默认eden:s0:s1=8:1:1，该比例可配置）。eden,即对象的出生地，大部分对象刚建立时，都会存放在这里。s0和s1为survivor空间，直译为幸存者，也就是说存放在其中的对象，至少经历了一次垃圾回收，并得以幸存，如果在幸存区的对象到了指定年龄仍未被回收，则有机会进入老年代。

方法区

方法区（又称永久代）和Java堆一样，是所有线程共享的内存区域。方法区主要保存的是类的元数据。
  方法区中最为重要的是类的类型信息、常量池、域信息、方法信息。类型信息包括类的完整名称、父类的完整名称、类型修饰符（public/protected/private）和类型的直接接口类表。常量池包括这个类的方法、域等信息所引用的常量。域信息包括域名称、域类型和域修饰符。方法信息包括方法名称、返回类型、方法参数、方法修饰符、方法字节码、操作数栈和方法栈帧的局部变量区大小以及异常表。总之，方法区内保存的信息，大部分是来自于class文件。
  运行时常量池用于存放编译期间生成的各种字面常量(文本字符串、声明为final的常量值)和符号引用(类和接口的完全限定名（Fully Qualified Name）、字段的名称和描述符（Descriptor）、方法的名称和描述符)。在JDK1.6中，常量池是方法区的一部分，在JDK1.7中，常量池存放在堆内存里，在JDK1.8中，常量池存放在MetaSpace里。
  目前1.8的HotSpot中，已经将方法区移除，取而代之的是MetaSpace。
  当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。
  在HotSpot虚拟机中，在永久区中的对象，同样也是可以被回收的。对永久区GC的回收，主要从以下两个方面分析：一是GC对永久区的常量池的回收，二是永久区对类元数据的回收。

JVM内存分配参数

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